细乳液聚合法制备有机/无机纳米复合材料

无机纳米粒子的引入可以使聚合物材料获得抗菌、导电和防紫外等诸多特性,但无机纳米粒子在聚合物基质中易团聚、引入量少,难以充分发挥其优点。细乳液聚合法基于其独特的成核方式--液滴成核,能够提高无机纳米粒子在聚合物基中的分散性和引入量,且复合材料的形貌易于控制,是目前制备特殊形貌有机/无机纳米复合材料的一种有效手段。本文介绍了有机/无机复合纳米材料的细乳液制备过程,综述了近年来不同无机纳米粒子与有机基质复合的研究进展,例如：纳米SiO₂、纳米ZnO、金属纳米粒子、纳米氧化石墨烯等。最后就其发展现状提出了几点建议。     

沉淀法高效制备聚多巴胺纳米粒子

为得到分散性和稳定性较好的聚多巴胺纳米粒子,利用“沉淀-再分散法”高效制备了聚多巴胺纳米粒子水分散液。 首先利用溶液氧化法制备了分散在水/乙醇中的聚多巴胺纳米粒子,然后向分散液中加入丙酮使聚多巴胺纳米粒子絮凝。 收集沉降物,用丙酮冲洗并干燥后,加水重新分散得到纯化的聚多巴胺纳米粒子水分散液。 丙酮沉淀法得到的聚多巴胺纳米粒子形貌规整,分散性好,粒径分布在250 nm左右,在水中具有良好的储存稳定性和光热性能,与传统的超速离心提纯法相比,产率可提高57.4%。 此方法为其之后在药物载体及光热治疗等方面的应用研究提供了便利。     

微量Co修饰的碳载超细Pt纳米粒子的制备及其在燃料电池氧还原催化中的应用

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有清洁、高效等优点,是一种理想的汽车动力电源.然而,由于其阴极氧还原反应(ORR)速率缓慢,需要使用大量的Pt基催化剂,导致燃料电池成本居高不下,严重制约了PEMFC的商业化发展.将Pt与过渡金属Fe, Co, Ni等形成合金,对表面Pt原子的几何结构和电子结构进行调变,可以有效提高催化剂的活性,实现Pt用量和燃料电池成本的降低.但是目前合金催化剂多采用溶剂热、浸渍-高温退火等制备方法,使用有毒有害试剂和难清洗的表面活性剂,且过程复杂、能耗高,不利于大规模化生产.此外,合金中过渡金属占比高,在燃料电池工况下,大量过渡金属溶解,加速了膜的降解,导致实际PEMFC性能的降低.对此,我们探索了一种简便有效的方法制备高活性、高稳定性的碳载Pt-Co催化剂.在没有添加表面活性剂的情况下,采用硼氢化钠辅助乙二醇还原法合成了具有超小尺寸和均匀分布的Pt-Co纳米颗粒,后续酸刻蚀处理去除不稳定的Co原子,重组双金属纳米颗粒的表面结构形成富Pt壳层,进一步提高了催化剂的活性和稳定性.通过电感耦合等离子体、X射线粉末衍射、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、高角环形暗场-扫描透射-元素分布及光电子能谱等物理表征证实了微量Co改性的碳载超细铂合金纳米颗粒的组成和结构.进一步对催化剂进行旋转圆盘电极和单电池测试,结果表明, Pt_(36)Co/C具有明显高于商业化Pt/C的有效电化学活性面积和电池性能.此外,加速衰减测试和衰减前后的电镜图片表明, Pt_(36)Co/C催化剂的稳定性相较于Pt/C亦有所增强.分析Pt-Co/C催化性能提高的原因,主要归于以下三点:(1)催化剂纳米颗粒在载体上分布均匀,且具有超小的粒径尺寸,提供了大量的三相反应界面位点;(2)双金属配体和电子效应的协同作用,降低了氧化物质在催化表面的吸附能力,加速了ORR的电催化动力学;(3)酸蚀刻导致的不稳定Co的溶解及催化剂表面结构的重排,形成了富Pt壳层结构,有利于提高催化剂的稳定性.这种简单有效的合金制备方法可以在电催化领域推广使用.     

AgAuPd/meso-Co3O4高效甲醇氧化催化剂

甲醇是重要的化工原料和溶剂,也是一种典型的挥发性有机物(VOCs),其排放会对人体和大气环境造成危害.迄今为止,最有效的消除低浓度VOCs的方法是催化氧化.该方法具有VOCs去除效率高、起燃温度低、设备简单且无二次污染等优点.众所周知,负载贵金属催化剂对VOCs氧化显示良好的低温活性,但反应气流中的水分会降低贵金属的催化性能.研究表明,与单一贵金属催化剂相比,贵金属合金催化剂不仅具有高的催化活性,而且还具有良好的水热稳定性.尽管已有文献报道了二元贵金属合金催化剂对VOCs的催化氧化,然而VOCs在三元贵金属合金上催化氧化的研究则较少.本文采用三维有序介孔结构的二氧化硅(KIT-6)硬模板法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了0.68 wt%和0.93 wt%Ag_0.51Au_0.65Pd/meso-Co_3O_4三元贵金属合金催化剂以及0.28 wt%Ag/meso-Co_3O_4,0.35 wt%Au/meso-Co_3O_4和0.33 wt%Pd/meso-Co_3O_4单一贵金属催化剂.利用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高角环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)、X射线光电子能谱(XPS)和氢气-程序升温还原技术表征了催化剂的物化性质.催化剂的活性评价在固定床石英微型反应器中进行,反应气组成为0.1%甲醇+氧气+氮气(平衡气),甲醇/氧气摩尔比为1/200,空速约为80000 mL g–1 h–1,利用气相色谱检测反应物和产物的浓度.广角度XRD结果表明具有立方晶相结构.XRD谱中未检测到Ag,Au和Pd的衍射峰,系贵金属负载量低且均匀分散在载体表面所致.贵金属粒径为2.8-4.5 nm.小角度XRD和TEM结果表明具有有序介孔结构.从HAADF-STEM照片可以观察到中的贵金属形成了Ag-Au-Pd合金.BET结果显示,所制得催化剂的比表面积为115-120 m~2/g,孔径为5.7-6.0 nm,孔容为0.15-0.16 cm3/g.XPS结果表明,贵金属与载体之间较强的相互作用使0.68 wt%Ag_(0.75)Au_(1.14)Pd/meso-Co_3O_4具有最低的表面摩尔比,从而使该催化剂表面拥有更多的氧空位,有利于吸附和活化氧气,提高表面吸附氧浓度,从而提高催化活性具有最低的还原温度(即最好的低温还原性),有利于催化活性的提高.因此,高分散的纳米粒子、高的吸附氧浓度、优良的低温还原性以及载体与粒子之间强的相互作用是0.68Ag_(0.75) Au_(1.14)Pd/meso-Co_3O_4具有最高催化活性(当空速为80000 mL g–1 h–1时和)的主要原因.在反应温度为110°C和空速为80000 mL g–1 h–1的条件下,向反应体系中分别引入3.0 vol%水蒸气和5.0 vol%二氧化碳,甲醇转化率分别下降6.0%和7.0%;当切断水和二氧化碳后,甲醇转化率均恢复到在无水和二氧化碳时的数值.因此,水和二氧化碳对该催化剂的失活是可逆的.换句话说,0.68 wt%Ag_(0.75)Au_(1.14)Pd/meso-Co_3O_4具有优良的水热稳定性和抗二氧化碳中毒能力.     

SiO2负载Au-Pd双金属纳米颗粒催化甲醇选择性氧化合成甲酸甲酯

甲醇选择氧化制备甲酸甲酯（MF）是延伸甲醇产业链、开发高附加值下游产品的有效途径之一,负载型Au及Pd催化剂在这一反应中表现出优异的低温催化性能。为探索实用、高效和易再生的甲醇选择氧化催化剂,同时揭示双金属颗粒中Au和Pd的协同效应及甲醇氧化反应机理,本研究制备了一系列二氧化硅负载的Au-Pd催化剂（Au-Pd/SiO₂）,详细研究了其对甲醇选择氧化制甲酸甲酯的催化性能。结果表明,Au和Pd总负载量为0.6%、且Au/Pd质量比为2时,所制备的Au₂-Pd₁/SiO₂催化剂表现出优异的甲醇氧化催化性能;在130℃下,甲醇转化率达到57.0%,MF选择性为72.7%。多种表征结果显示,Au-Pd双金属纳米颗粒粒径为2-4 nm,高度分散于SiO₂载体表面,倾向于生成孪晶结构并暴露（111）晶面,这些因素是Au-Pd/SiO₂具有优异催化性能的主要原因。通过DRIFTS表征研究,提出了一个可能的MF生成机理：即甲醇首先与处于Au-Pd纳米粒子界面的表面氧作用,生成化学吸附的甲氧基;随后,甲氧基经去质子作用生成吸附的甲醛物种,后者与相邻的甲氧基物种亲核反应,并经β-H消除后得到目标产物MF。     

纳米SnO2高效催化烯烃与H2O2环氧化反应研究

构建了用于催化烯烃与过氧化氢环氧化反应的高效、 绿色催化反应体系. 首先, 通过水热合成法制备了纳米SnO₂, 并在320 ℃下煅烧. 随后, 对所有催化剂进行X射线衍射(XRD)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征. 进一步将催化剂用于以H₂O₂水溶液为氧化剂环氧化各种官能化烯烃(包括环烯烃, 苯乙烯和直链烯烃)的反应, 以高转化率和高选择性得到了环氧化物. 在相似的反应条件下, 发现合成的纳米SnO₂-170催化剂在催化1-甲基环己烯与H₂O₂的环氧化反应中的活性最佳, 在2 h内1-甲基环己烯的转化率达到100%, 环氧化物选择性达到100%.     

介孔结构增强的Fe3O4超粒子@介孔SiO2的光热性能

采用湿化学法制备了多功能Fe₃O₄超粒子@介孔SiO₂复合材料.该纳米复合材料具有超顺磁性,在商用磁铁下可实现快速富集、分离.SiO₂的包覆增强了Fe₃O₄超粒子在近红外光区的吸收,提高了其光热性能;介孔结构的构建提高了近红外光的利用率,进一步提升了纳米复合物的光热性能,且介孔SiO₂的壳层越厚,光热性能越优.细胞实验结果表明,Fe₃O₄超粒子@介孔SiO₂在近红外光照射下具有较高的癌细胞杀伤能力.     

基于科学核心观念建构的高中化学创新实验研究——以“多彩氧化亚铜纳米粒子的制备”为例

介绍了基于科学核心观念建构下制备多彩氧化亚铜纳米粒子的学生实验。利用葡萄糖还原班氏试剂的方法制备了氧化亚铜纳米粒子,并观察和讨论了不同条件下制备的粒子的颜色和粒径。整个实验安全、简单、现象明显、试剂用量少。本研究通过让学生参与科研的全过程,培养了学生的创新能力,促进了科学核心观念的建构。